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近赤外表面振動分光法の開発と応用

近红外表面振动光谱技术的发展及应用

基本信息

批准号：
17750064
负责人：
野口秀典
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、近赤外振動(NIR)分光法を界面選択的な和周波発生(SFG)分光法と組み合わせたNIR-SFG分光法を新規に構築し、新たな界面(表面)プローブ法の確立を目指すものである。昨年度構築したNIR-SFG分光法は、GaAsやQuartzのようなバルクから強いSFG信号を発生する標準試料を用いた場合、NIR領域のSFG信号の検出は可能であった。そこで実際に表面・界面の分光法として使用可能かどうかを確認するため、NIR領域に既知のピークを与える表面シラノール基(Si-OH)および水の倍音のピークの観測を試みた。しかし装置の都合上、測定に用いたNIRの強度が弱く実際にピークを観測するまでにいたらなかった。そこで中赤外領域の光を用いたSFG分光法を生体分子/水界面に適応し、生体分子周囲の水の構造評価を行なった。具体的には光センサータンパクの一種であるPhotoactive Yellow Protein(PYP)を固体基板上にHis-Tag法によりタンパクの活性を保持した状態で固定化し、PYP/水界面の構造評価を試みた。その結果、タンパク周囲の水は、水素結合ネットワークを形成し"ice-like"な構造をとることが分かった。また、タンパク周囲の水の構造は、タンパク自身のもつ電荷によって形成される界面電気二重層の厚さに大きく依存し、電荷が大きいほど界画水はタンパク周囲で高配向することが分かった。PYPは440nmの光を吸収することで、タンパク内部に存在するクマル酸がcis-transの異性化を起こし、PYP自身の構造が変化する。この構造変化に伴う界面水の構造をSFG分光法により追跡した。その結果、光照射前後でCH伸縮振動領域にSFG信号の変化が観測されたが、界面水のOH伸縮振動領域には変化が現れなかった。このことは、光照射によりタンパク自身の構造は変化しているが、界面水の構造を変えるほど大きな構造変化ではないことが示唆された。

In this study, a new method for interface selection by near infrared vibration (NIR) spectroscopy and frequency generation (SFG) spectroscopy was established. The NIR-SFG spectroscopy method constructed last year makes it possible to detect SFG signals in the NIR field when standard samples are used to generate strong SFG signals from GaAs and Quartz. In the field of surface and interface spectroscopy, it is possible to use the method of surface and interface spectroscopy to confirm the existence of Si-OH and water in the field of NIR. The device is closed and the intensity of the NIR is measured. The application of SFG spectroscopy to the evaluation of molecular/water interface and molecular structure Specifically, Photoactive Yellow Protein(PYP) was immobilized on a solid substrate by His-Tag method, and the structure of PYP/water interface was evaluated. As a result, the water and water elements in the structure are combined to form an ice-like structure. The structure of the water in the boundary layer depends on the thickness of the interface electric double layer, and the electric charge in the boundary layer depends on the orientation of the water in the boundary layer. PYP has a 440nm absorption spectrum, and the structure of PYP itself has changed due to the existence of cis-trans in PYP. The structural transformation is accompanied by the structural transformation of interface water. SFG spectroscopy is used to trace the structural transformation. As a result, the change of SFG signal in CH stretching vibration field before and after light irradiation is detected, and the change of OH stretching vibration field in interface water is detected. The structure of the interface water is changed.